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O primeiro detecção de axion de partículas de

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20 de junho 2020

O primeiro detecção de axion de partículas de

Físicos da XÉNON matéria escura centro de pesquisa relatório de um “excesso” de 53 eventos, o que pode sugerir a existência de hipotéticas partículas chamado de solar axions.

O internacional XENON colaboração, instalado no subterrâneo profundo no laboratório de Gran Sasso, na Itália, é o mundo sensível da matéria escura experiência. Anterior avanços tenham incluído o raro evento já registrado, quando cientistas na instalação observado o decaimento radioativo de xenon-124, que tem uma meia-vida de 1,8 X 1022 anos (um trilhão de vezes maior que a idade do Universo).

O XENON1T, uma atualização do principal, o detector consiste de uma hora de projeção câmara (TPC), medindo 1 metro x 1 metro. Esta contém de 3,2 toneladas de ultra-puro líquido de xenônio, que por sua vez é alojado em 10 m o tanque de água. O experimento tem como objetivo identificar eventos raros produzidos quando as partículas interagem dentro do líquido xenon – um material quimicamente inerte “nobres” do elemento (foto abaixo).

Esta semana, uma equipe de XENON1T anunciou a sua mais recente descoberta nova. Dados a partir de sua experiência revelou um número surpreendentemente alto “excesso” de elétrons recua mais conhecidos origens – a fonte da qual ainda não é totalmente compreendido.

Diagrama de um átomo de xenônio.

O ultra-puro líquido xenon serve como um “alvo” para interações entre partículas. Quando uma partícula atravessa o alvo, ele pode gerar minúsculos sinais de luz e elétrons livres de um átomo de xenônio. A maioria dessas interações ocorrem a partir de partículas que são conhecidos como existentes. Os cientistas, portanto, cuidadosamente estimado o número de eventos em segundo plano em XENON1T. Comparando os dados dos XENON1T conhecidos fundos, eles notaram 285 tais eventos – um excesso de 53 acima do esperado em número de 232. Isto levanta a emocionante pergunta: onde está o excesso de vir?

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Três explicações estão sendo consideradas. A primeira, e mais mundano, é trítio contaminação no detector. Para que isso seja verdade, no entanto, teria de ser de 100 vezes mais trítio que o esperado após a purificação. Dois mais excitantes possibilidades são de que a assinatura é uma partícula conhecida como a solar axion, ou que ele representa um até então desconhecido propriedade dos neutrinos.

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A axion, primeiro teorizou em 1977, é uma hipotética partícula elementar que poderia ser o principal componente de matéria escura – o invisível, invisível coisas que liga o nosso Universo juntos e responde por 85% de seu material. Axions pode resolver problemas na matemática que rege a força forte, que mantém a matéria juntos e é uma das quatro conhecidas interações fundamentais (os outros são eletromagnetismo, força fraca e gravitacional). Se o axion sinal é confirmado pela XENON colaboração, no entanto, seria um “solar” axion produzidos recentemente no Sol em vez de uma matéria escura candidato ter se originado a partir de e moldaram o início do Universo, a equipe explica. Esta nova classe de partículas, no entanto, teria um impacto importante em nossa compreensão da física fundamental e fenômenos astrofísicos.

Em alternativa, se o excesso pode ser devido a neutrinos – trilhões de que passar através de seu corpo, sem impedimentos, a cada segundo. Uma explicação poderia ser que o momento magnético (uma propriedade de todas as partículas) de neutrinos é maior do que seu valor no Modelo Padrão das partículas elementares. Esse seria um forte indício da nova física necessária para explicá-lo.

O XENON1T detector. Visível é a parte inferior da matriz de tubos fotomultiplicadores, e o cobre estrutura que cria uma elétrico deriva de campo. Crédito: XENON colaboração

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Das três hipóteses consideradas pelos cientistas, um sinal produzido pela solar axion partículas é a mais favorecida. Em termos estatísticos, possui um significado de 3,5 sigma, o que significa que há cerca de um 2/10,000 chance de que a observada em excesso é devido a uma flutuação aleatória em vez de um sinal. Embora este significado é bastante alto, ainda não é grande o suficiente para confirmar que axions existe. Mais uma atualização para o mecanismo, chamado o XENONnT, irá fornecer capacidade adicional para dados, com um ativo xenon massa três vezes maior e um menor de fundo, quando ele começa mais tarde este ano. Estudos futuros poderiam, em seguida, determinar se esse excesso é uma mera estatística fluke, um fundo de contaminantes, ou algo muito mais interessante: uma nova partícula ou interação que vai além do conhecido física.

“Embora o COVARDE tem sido a dominante DM [dark matter] paradigma por muitos anos, a axion tem sido em torno de tanto tempo, e os últimos anos têm visto um aumento na experimentos procurando axions”, disse Tien-o Tian Yu, um físico da Universidade de Oregon, que não estava envolvido no experimento.

“Se isso acontece para ser uma nova partícula, então é um avanço, temos estado à espera para, durante os últimos 40 anos”, disse Adam Falkowski, um físico de partículas, em Paris-Saclay Universidade na França, que também não estava envolvido no experimento. “Você não pode exagerar a importância da descoberta, se isso é real.”

“Se isso tem limite, e *se* é uma grande questão, este é o maior divisor de águas em meu canto da física desde a descoberta da aceleração cósmica”, disse Chanda Prescod-Weinstein, um físico da Universidade de New Hampshire, que não faz parte da colaboração.

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Entretanto, o XENON equipe publicaram os resultados de seu mais recente estudo sobre o arXiv.

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